Hochpräsize 3D Messung von Beschleunigungen

Satellitensensorik

Quantengestützte Messtechniken werden bei der Sensorik von Satelliten bahnbrechende Verbesserungen ermöglichen. Durch eine extreme Präzisionssteigerung von Messtechnik und Sensorik eröffnen sich insbesondere in der Raumfahrt zahlreiche neuartige Anwendungsmöglichkeiten. Quantensensoren auf Basis von Bose-Einstein-Kondensaten, neuartige Atomuhren, Laser- und Materiewelleninterferometrie sind nur einige der Quantentechnologien, die kurz davor stehen, im Weltraum zur Anwendung zu kommen. Weltweit werden Quantentechnologien zukünftig zu einem wesentlichen Treiber für Innovation und Wachstum.

Das IKON-Institut für Satellitensensorik mit Hauptsitz am Standort Istanbul und einer Abteilung in Zürich forscht auf dem Gebiet der Nutzung von Quantentechnologien und Quantensensoren und entwickelt Quantenmesstechniken für innovative Anwendungen bis hin zur Prototypenreife. Es entsteht ein Kompetenzzentrum für terrestrische und raumfahrtbasierte Quanteninnovationen. Insbesondere auf den Gebieten „Weather Modification“ und „Aerial Firefighting“ sollen die neu entwickelten Quantensensoren zum Einsatz kommen.

Mit Quantentechnologie modernisierte Satelliten sind um Größenordnungen leistungsfähiger als die aktuelle Generation. Für die satellitengestützte Erdbeobachtung, Kommunikation und Navigation ergeben sich revolutionäre neue Potentiale.

Inertialsensoren können Beschleunigungs- oder Drehratensensoren sein, die beispielsweise zur Flugstabilisierung und -navigation eingesetzt werden. Quantensensorik auf Basis von Materiewellen-Interferometrie ermöglicht, Rotation und Beschleunigung mit bislang nicht erreichbarer Langzeitstabilität zu messen. Ultrakalte Quantengase wie zum Beispiel Bose-Einstein-Kondensate können hierfür eingesetzt werden. Eine Weiterentwicklung dieser Technologie verspricht zukünftige hochpräzise Lageregelung von Satelliten, zur Abstandsregelung bei Formationsflügen eines Satellitenschwarms oder auch zur präzisen Schwerefeldvermessung der Erde oder anderer Himmelskörper. Darüber hinaus arbeitet das IKON-Institut für Satellitensensorik an quantenoptischen Methoden der Laser-Interferometrie.

Quantensensoren messen physikalische Größen wie Temperatur, Geschwindigkeit oder elektrische und magnetische Felder in beispielloser Präzision. Sie ermöglichen damit eine ungeahnt genaue Erdbeobachtung aus dem All. Nicht nur der Klimawandel kann auf diese Weise genauer erforscht werden, sondern auch die wirtschaftlichen Potenziale sind groß, etwa bei der Suche nach Rohstofflagerstätten oder für die Land- und Forstwirtschaft, um die Beschaffenheit von Böden zu bewerten. Schließlich ergeben sich auf den Gebieten „Cloud Seeding“ und „Aerial Firefighting“ neuartige Optimierungsansätze. Ein weiteres Einsatzgebiet von Quantensensoren sind neue medizinische Diagnose- und Therapiewerkzeuge. Durch die Vernetzung mit anderen IKON-Instituten, Unternehmen und Start-ups haben wir dabei von Anfang an die Grundlagenforschung und die industrielle Anwendung von Quantentechnologien im Blick.

Innovationen in der Quantentechnologie und Quantensensorik können in hohem Maße zur Lösung gesellschaftsrelevanter Herausforderungen bei Themen wie Klimawandel, Wasserressourcen, Energieversorgung, Digitalisierung, Mobilität und Sicherheit beitragen – und auch in zukünftigen Raumfahrtmissionen völlig neue Perspektiven eröffnen. Aus Sicht der IKON ist der Aufbau des IKON-Instituts für Satellitensensorik in Istanbul ein großer Erfolg, denn damit wird Quantentechnologie als Zukunftsthema in Istanbul etabliert und nachhaltig verankert. Das Institut kann hier auf ein exzellentes Forschungsumfeld aufbauen. Wir freuen uns darauf, dass das neue Institut einen wichtigen Beitrag leisten wird zur Heranbildung einer neuen Generation von Quanten-Ingenieurinnen und Quanten-Ingenieuren.

Die Aktivitäten des Instituts für Satellitensensorik werden in IKON-weite Projekte und Kooperationen mit Partnern aus Forschung und Industrie in der Schweiz, Türkei und der Welt integriert. Die Abteilungen „Optische Frequenzmessung“ und „Relativistische Modellierung“ arbeiten verstärkt mit Züricher Universitäten zusammen.

Durch diese Kompetenzbündelung werden Institut, Unternehmen und der Standort gemeinsam internationale Strahlkraft im Bereich der Quantentechnologien entwickeln.

Zudem trägt das Institut zu den Kompetenzen der IKON im Bereich Quantencomputing bei und kooperiert künftig in diesem Bereich mit Quantum Valley Lower Saxony e.V..

Ein Quantencomputer arbeitet mit Qubits, die den Gesetzen der Quantenphysik folgen. Dies erlaubt neuartige Algorithmen, die auf konventionellen Computern nicht möglich sind. Die Bits der herkömmlichen Rechner kennen nur die beiden Zustände 0 und 1. Im Gegensatz hierzu können Qubits unendlich viele Zwischenwerte annehmen.